管道高寬比對流場的影響

依據前述之數學模式及數值方法，計算不同高寬比突張管道在 Re=90 及 Re=150 時之流場；其幾何外形及格點的安排如圖(4.7)及表(二) 所示。

當 Re=90 時，計算結果如圖(4.30)，圖(4.31) 1. 當 A

≤

0.08 時，管道中不會產生迴流。

2. 當 A

≤

1.25 時，擴張部中心截面上下璧面之迴流長度皆相等，

即流場為對稱性流場且迴流長度隨高寬比增加而變大。

3. 當 1.25

≤

^A

≤

3.75 時，擴張部中心截面上下璧面之迴流長度 變為一大一小，即流場變為不對稱性流場，且較大迴流長度隨 高寬比增加而變大，較小迴流長度隨高寬比增加而變小。

4. 當 A>3.75 時，擴張部中心截面上下璧面之迴流長度為一大一小 ，且皆接近於一定值；其中較大迴流長度接近於 10.15，較小 迴流長度接近於 3.67。

由圖(4.32)-(4.34)，分別為 Re=90，不同高寬比時，上下及 右側璧面之 limiting streamlines：由上下璧面之 limiting streamlines 可知，隨著高寬比的增加，流場在 y 方向開始產生分離現象，當

A=1.67 時，開始產生 nodal point of attachment 及 saddle point,而下

３４

璧面在 A 4 時,兩側璧面開始產生較小迴流;而由右側璧面之 ≥

limiting streamlines，當 A=1.67 時，流場在 Z 方向也產生分離現象，開 始變為一大一小之迴流，且在小迴流之兩側璧面開始產生 nodal point of attachment，當 A≥ 4 時，nodal point of attachment 則發展成兩側璧面 之較小迴流。

當 Re=150 時，計算結果如圖(4.35)，(4.36) 1. 當 A

≤

0.08 時，管道中不會產生迴流。

2. 當 A

≤

1/3 時(即入口管道截面之高度大於寬度)，擴張部中心 截面上下璧面之迴流長度皆相等，即流場為對稱性流場，且迴 流長度隨高寬比增加而變大。

3. 當 1/3

≤

^A

≤

1 時，擴張部中心截面上下璧面之迴流長度變 為一大一小，即流場變為不對稱性流場，且較大迴流長度隨高 寬比增加而變大，較小迴流長度隨高寬比增加而變小。

4. 當 1

≤

A

≤

2 時，擴張部中心截面上下璧面之迴流長度則接 近一定值。

5. 當 2

≤

^A

≤

3 時，擴張部中心截面上下璧面之迴流長度為一 大一小，其中較大迴流長度隨高寬比增加而變小，較小迴流長 度隨高寬比增加而些微變小。

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6. 當 3<A<6 時，管道中在其中一個璧面開始產生第三個迴流，

且最小迴流長度接近一定值，其餘兩個迴流長度則隨高寬比增 加而變小。

７. 當 A>6 時，最小迴流長度依然保持一定值，其餘兩個迴流長 度則隨高寬比增加而持續增大。

由圖(4.37)-(4.39)，分別為 Re=150，不同高寬比時，上下及右側璧 面之 limiting streamlines：由上璧面之 limiting streamlines 可知，當 A=1 時，流場在 y 方向開始產生分離現象，產生 nodal point of attachment 及 saddle point，而在下璧面之 limiting stream lines：A 1.25 時，兩側 璧面開始產生較小迴流，當 A 4 時，兩側璧面之較小迴流發展成管 道中之第三個迴流區；而由右側璧面之 limiting streamlines：當 A=1 時, 流場在 Z 方向也產生分離現象，開始變為一大一小之迴流，且在小迴 流之兩側璧面開始產生 nodal point of attachment，當 A≥ 1.25 時，nodal point of attachment 則發展成兩側璧面之較小迴流。

≥

≥

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在文檔中 三維擴張管分離流之探討 (頁 45-48)